镉在拟环纹豹蛛体内的积累动态

崔喜勤, 林君锋

(福建农林大学资源与环境学院，福建 福州 350002)



镉在拟环纹豹蛛体内的积累动态

崔喜勤, 林君锋

(福建农林大学资源与环境学院，福建 福州 350002)

摘要:以拟环纹豹蛛为研究对象，通过田间试验探讨拟环纹豹蛛体内镉的生物积累特征，进而定量分析实际土壤镉含量与其上活动的拟环纹豹蛛体内镉含量间的关系.在为期70天的田间试验中，前42天拟环纹豹蛛体内镉的积累变化与染镉喂食量显著相关(P<0.01)；后28天的饱和期内，其体内镉的积累量既不因停止摄取镉而减少，也不因继续摄取镉而增加，说明拟环纹豹蛛体内镉含量的富集饱和期为42天.通过实际受污染生境调查得到与田间试验一致的结论，即处于未饱和期的拟环纹豹蛛体内镉含量与其生境土壤镉含量存在极显著正相关.

关键词:拟环纹豹蛛; 富集饱和期; 田间试验; 实际受污染生境

自20世纪30年代以来，随着工农业生产的迅速发展，高浓度大剂量污染物进入环境，引起环境质量严重恶化，尤其是重金属污染物，如镉(Cd)，以其难降解、易富集的特性影响尤为严重[1].2009年我国就发生了多起重金属污染事件，如4月初陕西省宝鸡市凤翔县长青镇儿童血铅超标事件和7月湖南省浏阳市湘和化工厂镉污染事件[2].通常因长期与重金属(镉)接触而引发的慢性疾病(如在日本发生的镉中毒痛痛病)，其病理学症状需要通过长期曝露于污染环境后才可以显现，因此在早期很难通过病理学诊断被发现[3].为了能够尽早发现受重金属污染环境的潜在危险，学者们已将各种指示生物用于其风险评估，通过评价重金属在生物体内的积累率和积累程度来预测重金属对环境以及暴露于该环境下生物的影响[4-7].

目前应用植物、微生物和土壤无脊椎动物等生物指示物评价土壤重金属污染及生态风险的研究已有报道[8-9].其中土壤无脊椎动物，如蜘蛛，以活动范围广，易通过食物链将土壤颗粒和孔隙水中的重金属富集于体内，被视为有效的评估土壤重金属污染程度的生物指示物.较多毒理性试验发现狼蛛科(Lycosidae)蜘蛛对土壤重金属污染较敏感[10-14].实地调查表明污染区的狼蛛科蜘蛛体内能够积累大量镉，在所有的被调查的类群中，星豹蛛(Pardosaastrigera)体内最易富集重金属镉[15].拟环纹豹蛛(Pardosapseudoannulata)，属狼蛛科(Lycosidae)、豹蛛属(Pardosa)，是我国南方稻区重要的优势种群.其活动范围覆盖整个稻田，包括土壤、水及农作物；其体形大，空间生态位宽，捕食力强，捕食猎物包括稻田弹尾虫、水蝇及水稻上的害虫(如稻飞虱).大多数拟环纹豹蛛不依靠结网捕食，属游猎性蜘蛛，且易于稻田中采集捕捉[16-18].因此，稻田土壤中的重金属不仅可通过与拟环纹豹蛛直接接触的土壤和水进入其体内，也可通过食物链的传递将重金属富集于体内，从而影响拟环纹豹蛛生长发育、捕食行为、生理代谢、遗传变异和种群动态等生物学和生态学特性.

本试验以拟环纹豹蛛为研究对象，探讨拟环纹豹蛛对镉的生物积累特征，定量分析实地土壤镉含量与该区域活动的拟环纹豹蛛体内镉含量之间的关系，旨在评定土壤镉污染程度，为对潜在的重金属生态风险评估提供依据.

1材料与方法

1.1蜘蛛样品采集、饲养和染毒

1.1.1无污染样品采集和饲养2013年6月25日于福建农林大学作物学院试验田里，将10头携带卵袋的雌性成年拟环纹豹蛛带回实验室.每只雌成蛛均单独置于透明塑料瓶中(D上=7 cm，D下=6 cm，H=11 cm)，纱布封口，用无污染果蝇喂养至产出若蛛.

待若蛛从雌蛛背上扩散开后，从每群中随机抽选出8～20头幼蛛置于塑料罐中单独饲养，共150头.塑料瓶底铺一层孔径为0.45 μm的滤纸和直径约为3 cm的饱和湿棉球，定期用2～3龄褐飞虱若虫喂养若蛛至2龄.每周更换一次塑料瓶.从3龄开始用果蝇(成虫)饲喂直到15周龄期.所有蜘蛛饲养均在温室完成：温度(20±1) ℃，相对湿度RH 80%～90%，光照∶黑暗=16∶8.

1.1.2样品染毒果蝇染毒方法：先将果蝇用CO2气体灭活，再用10 mol·L-1CdCl2溶液浸泡5 min，取出放置于干燥滤纸上自然风干，备用于饲喂蜘蛛.

样品染毒方法：试验前先取20头1龄若蛛经灭活并冷冻贮存用于测定其初始体内镉含量，其余蜘蛛于试验开始后饲喂经镉染毒的果蝇.试验第14、28和42天，分别随机取出18、20和18头灭活用于测定其体内镉含量，并于第42天将剩余蜘蛛分为2组(分别为SY1和SY2).SY1继续用染毒果蝇饲养，SY2用无染毒的果蝇饲养，直到第70天试验结束.在第56和70天时，分别取SY1蜘蛛16和20头，SY2蜘蛛18和20头.

喂饲方法：蜘蛛喂饲都在每周三和周日进行，每次7只果蝇. 每次饲喂时计算被吃掉的和未吃掉的果蝇数，便于计算试验过程中每头蜘蛛吃掉的果蝇总数. 试验期间蜘蛛共蜕皮6～7次.

1.1.3实际污染样品的采集和处理2013年7月初于龙岩市某钢铁厂附近小溪沿岸约500 m(主要是农田)范围内，用平行线跳跃法分12个采样点手工采集324头性成熟的雄、雌成蛛带回实验室；同时采用蛇形布点法在已采集到蜘蛛的采样区采集0～20 cm的表层土壤，混合均匀后按四分法获取足量的土壤样品装入采样袋中，带回实验室自然风干，剔除植物残体和石块，磨细、过筛，保存于塑料袋中，用于测定镉含量.

1.2镉含量测定

1.2.1蜘蛛和果蝇样品镉含量的测定所有待测蜘蛛样品按1.1.2中所述试验阶段分组，每组随机抽取2头为一个测定样， 即每组包含8～10个平行测定样.将每个测定样的蜘蛛置于一个经去离子水洗净晾干的烧杯(100 mL)，于烘箱内(温度控制在60 ℃)烘干12 h，并称重(0.01 mg，德国赛多利斯)；随后用20 mL 60%的硝酸溶液消解直到无固体物残留，待消煮液冷却至室温后定容于25 mL容量瓶中，用塞曼石墨炉原子吸收光谱仪(AA240Z，美国瓦里安公司)测定镉含量.

以5只果蝇为一个测定样，以相同方法测定各试验段的果蝇体内镉含量.

1.2.2土壤样品镉的测定将10 g土壤样品置于振荡瓶中，加入50 mL 0.1 mol·L-1HCl混合振荡1 h，过滤提取浸提液，用塞曼石墨炉原子吸收光谱仪(AA240Z，美国瓦里安公司)测定镉含量.测定过程中均采用加标法控制测定的准确性，回收率为96.5%.

1.3数据处理

采用SPSS 15和Sigmaplot 11.0完成统计分析，即t检验和线性回归分析.

2结果与分析

2.1镉在拟环纹豹蛛体内积累

图1为镉在拟环纹豹蛛体内积累量随时间的变化情况(A为整个试验期用染镉的果蝇饲喂，B为从第42天开始用无污染的果蝇饲喂).由图1可知，前42天拟环纹豹蛛体内的镉含量显著上升(rA=0.956,P<0.001；rB=0.966,P<0.001)，至第42天镉含量达到饱和，含量约为7.89 μg·只-1.从第42天开始，拟环纹豹蛛体内镉含量不再上升(rA=0.149,P=0.432>0.05；rB=0.104,P=0.576>0.05)，保持相对稳定值.在历时70天的试验期内，A和B的拟环纹豹蛛体内积累含量分别为理论最大积累量的47.8%和48.9%(理论最大积累量为染毒的果蝇镉含量乘以被拟环纹豹蛛食掉的果蝇数，即图1中虚线和横坐标包围的面积).由此说明，第42天以后，积累在拟环纹豹蛛体内的镉经同化后不再从体内排出.值得一提的是，在整个试验期间未出现拟环纹豹蛛死亡现象.

由图1A可知，试验期间拟环纹豹蛛虽然一直摄取染毒果蝇，但其体内镉含量在前42天呈显著上升趋势(rA=0.956,P<0.001)，至42天以后则稳定趋于饱和(rB=0.149,P=0.432>0.05)的变化规律，饱和量约为7.89 μg·只-1，说明当拟环纹豹蛛体内的镉含量达到饱和后，再摄取的过量镉不会在拟环纹豹蛛体内积累，而是通过一定途径排出了体外.图1B进一步验证了镉在拟环纹豹蛛体内的积累饱和期为42天(rB=0.966,P<0.001)，但同时42天后虽然以无污染的果蝇饲喂，镉含量仍保持在饱和水平而未有下降(rA=0.104,P=0.576>0.05)，说明在饱和水平以下拟环纹豹蛛积累在体内的镉经同化后不会从其体内排出.

在历时70天的试验期内，A和B的拟环纹豹蛛体内积累的镉含量分别为理论最大积累量的47.8%和48.9%(图1的虚线部分，理论最大积累量为染毒的果蝇镉含量乘以被拟环纹豹蛛食掉的果蝇数)，试验期间未出现拟环纹豹蛛死亡现象，但出现3～4次的蜕皮现象.

图2描述了前42天拟环纹豹蛛体内镉含量与被食掉的果蝇数之间的关系.由图可知，拟环纹豹蛛体内镉含量随被食掉的果蝇数的增多呈显著线性增加(r=0.909 4,P<0.001).说明在拟环纹豹蛛体内镉积累量未达到饱和前，拟环纹豹蛛体内镉的富集量与摄取量呈线性相关，其相关性方程为y=38.44+3.53x.

2.2拟环纹豹蛛体内镉含量与其生境土壤镉含量的关系

图3为实际土壤镉污染程度与其上抓捕到的拟环纹豹蛛体内镉积累量的关系.由图可知，拟环纹豹蛛体内的镉含量(图3A)和镉含量(图3B)均随其生境土壤镉含量的增加呈指数上升(rA=0.983,rB=0.979)，相关性方程分别为y=46.572+23.903ln(x))和y=1.500+0.780ln(x).

由图3B可得，实际生境中拟环纹豹蛛体内的最高镉含量约为试验环境中饱和含量的1/3(饱和含量约为7.89 μg·只-1，图1)，表明实际生境中拟环纹豹蛛可能通过其它方式富集更多量镉直至饱和.

3讨论

本研究发现在为期70天的田间试验中，前42天拟环纹豹蛛体内镉的积累变化与其染镉喂食量有关，此后的试验时间内其体内的镉含量与染镉喂食量无关，保持相对稳定，即达到饱和(图1和图2)，说明拟环纹豹蛛体内镉含量的富集饱和期为42天.

拟环纹豹蛛体内的镉含量达到饱和后继续染镉喂食但体内镉含量并未增加，说明饱和水平下过量摄入的镉可通过一定途径从体内排出.试验期间拟环纹豹蛛经历了3～4次的蜕皮，无死亡现象，基于此可认为拟环纹豹蛛摄取的过量镉可能通过蜕皮方式排出体外.与水产甲壳类动物(如龙虾、食草虾等)通过体表蜕皮的方式将重金属排出体外的方式类似[19-20].但饱和水平下拟环纹豹蛛摄取的过量镉是否通过蜕皮的方式排出体外有待进一步研究验证.

当拟环纹豹蛛体内的镉含量饱和后，无镉喂食并未降低体内镉含量，说明饱和水平下已同化的镉不易从拟环纹豹蛛体内排出，与Van Honk et al[21]的研究结果一致.这很可能与拟环纹豹蛛典型的取食方式及重金属贮存方式有关.拟环纹豹蛛的进食方式是先吐出消化液，将食物在体外消化为液体后再全部吞食，进而能彻底有效的吸收重金属.其次，有研究表明多数节肢动物，吸收的重金属镉、铅、铜和汞在体内多以颗粒态形式富集于液泡，液泡起到隔离富集重金属使其难以外排的作用[22-23].也有研究表明蜘蛛的中肠囊具有潜在的较高的同化率，同节肢动物的液泡一样是重金属重要的贮存富集器官[7,22,24].但另有研究发现，蜘蛛的中肠囊上皮细胞会发生破裂，使其内贮存的Cd释放并流入中肠消化道，最终从体内排泄出[12-13,15,25]，这种情况会导致重金属积累量达到饱和后还会再下降，而本试验达到饱和期后镉含量并未下降或有较大波动，说明拟环纹豹蛛在试验期间没有类似情况.同时推测，与拟环纹豹蛛类似的蜗牛、蚯蚓、拟蝎等足类动物，也具有较高稳定的镉富集能力.

实际调查表明，拟环纹豹蛛体内镉含量与其生境土壤镉含量存在极显著正相关，即使当蜘蛛体内镉含量极低时，也与土壤镉保持对应关系.张征田等[26]研究不同生境重金属含量对拟水狼蛛生物学特性的影响时也发现类似的关系.但Laing et al[27]研究则表明真水狼蛛(Piratapiraticus)体内重金属镉、铜和锌与其生境土壤重金属含量相关性不明显.

从人工饲喂染镉果蝇食物模拟拟环纹豹蛛体内镉积累情况、实际田间调查研究以及相关资料表明拟环纹豹蛛体内镉含量主要通过摄入镉污染区生长的猎物，通过食物链进入其体内导致镉的大量富集.由此可见存在以拟环纹豹蛛作为敏感性指示生物，预测评价重金属污染土壤通过食物链对环境产生潜在风险影响的可能性.后续将进一步探讨Pb、Cu和Zn等单个元素或其复合体在拟环纹豹蛛体内的积累情况.

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(责任编辑:苏靖涵 林国栋)

收稿日期：2016-02-01修回日期：2016-04-18

基金项目:福建省自然科学基金项目(2013J01090).

作者简介:崔喜勤(1977-)，女，副教授.研究方向：生态环境影响评价.Email:493899421@qq.com.

中图分类号:X171.5

文献标识码:A

文章编号:1671-5470(2016)04-0465-06

DOI:10.13323/j.cnki.j.fafu(nat.sci.).2016.04.016

Accumulation dynamics of cadmium in wolf spider,Pardosapseudoannulata

CUI Xiqin, LIN Junfeng

(College of Resources and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou, Fujian 350002, China)

Abstract:To effectively utilize bio-indicator to predict heavy meatal contaminated environment at the earliest stage, Pardosa pseudoannulata, also named wolf spider, was fed with cadmium (Cd)-contaminated flies in the laboratory condition for 70 d, with the first 42 d being fed with Cd-contaminated flies and the last 28 d fed with uncontaminated ones. The number of flies eaten and changes in Cd concentrations and contents in P. pseudoannulata were recorded. Meanwhile, P. pseudoannulata and soil were sampled in Cd-contaminated farmland, basing on which the relationship between Cd concentrations in P. pseudoannulata and soil were determined. Results showed that a strong relationship existed between Cd concentrations in P. pseudoannulata and the amount of Cd supplied by feed at the first 42 nd day of feeding (P<0.01). After 42 d, Cd level stayed contant in P. pseudoannulata regardless of being fed with uncontaminated or Cd-contaminated flies, indicating that P. pseudoannulata reached the saturation level at the 42nd d. Moreover, Cd concentrations in P. pseudoannulata coincided well with Cd concentrations in the soil where they inhabited, suggesting that Cd concentrations in P. pseudoannulata was highly correlated with soil Cd before reaching the accumulative saturation level.

Key words:Pardosa pseudoannulata; accumulation saturation period; field trial; contaminated habitat